憶師昌緒先生推動(dòng)納米材料產(chǎn)業(yè)化的幾件往事

吉學(xué)文 孔令涌 王允實(shí)

深圳市德方納米科技股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“德方納米公司”）是致力于納米粉體材料制造技術(shù)研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用的一家小型高新技術(shù)企業(yè)。經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，已經(jīng)形成以電極材料——納米磷酸鐵鋰正極材料、碳納米管和碳納米管導(dǎo)電液為主要產(chǎn)品的鋰電供應(yīng)商。2014年德方納米公司供應(yīng)了超過(guò)1 000t的納米磷酸鐵鋰和600多t碳納米管導(dǎo)電液。德方納米公司由一個(gè)不到30m2實(shí)驗(yàn)室的小型研發(fā)企業(yè)發(fā)展到今天這樣一個(gè)擁有60 000多m2（含租賃廠房）生產(chǎn)和研發(fā)基地的創(chuàng)新型企業(yè)，凝聚著師昌緒先生對(duì)我國(guó)納米科學(xué)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用、新能源材料發(fā)展與應(yīng)用，尤其是電池材料發(fā)展的心血。師先生離開(kāi)我們已有一個(gè)多月，緬懷和傳播他熱愛(ài)祖國(guó)、敬業(yè)于科學(xué)事業(yè)和悉心發(fā)現(xiàn)并培養(yǎng)青年科技人才的精神，繼承師先生遺志，為中國(guó)的科學(xué)事業(yè)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展做貢獻(xiàn)，是我們的共同心愿。

師昌緒先生的電池材料情結(jié)

2010年《新材料產(chǎn)業(yè)》雜志在“新材料—戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)”系列報(bào)道中，師昌緒、楊裕生和陳立泉3位院士聯(lián)合署名的重要文章——《我國(guó)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)》指出：當(dāng)前國(guó)家確定的7大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，新材料是其中之一，它是新能源和新能源汽車鋰離子電池發(fā)展和應(yīng)用的基礎(chǔ)。美國(guó)人認(rèn)識(shí)到鋰離子動(dòng)力電池就如同石油一樣具有重要的戰(zhàn)略意義。奧巴馬上臺(tái)不久就發(fā)布了“下一代電池”和電動(dòng)汽車計(jì)劃。減少排放，使地球溫度上升減速，發(fā)展新能源電池，特別是鋰離子電池是我們今后必須走的路，它關(guān)系到國(guó)家能源安全與風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

師昌緒先生為什這樣重視和關(guān)注電池材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展？實(shí)際上，他的專長(zhǎng)是高溫合金、合金鋼等結(jié)構(gòu)性金屬材料，但他多年的科學(xué)實(shí)踐和參與國(guó)家層面上的科技規(guī)劃活動(dòng)，加上他敏銳的目光鑄就了他卓越的科學(xué)預(yù)見(jiàn)能力。與他接觸和多次談話中得知，師昌緒先生關(guān)注新能源材料研究、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用始于20世紀(jì)80年代。他任中國(guó)科學(xué)院金屬研究所所長(zhǎng)時(shí)，創(chuàng)辦了《能源材料通訊》并兼任主編。1983年，他主持當(dāng)時(shí)三委（國(guó)家計(jì)委、國(guó)家經(jīng)委和國(guó)家科委）制定包括電池材料等8個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域的新材料規(guī)劃，其中7個(gè)后來(lái)被列入了國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展專項(xiàng)，唯有電池材料專項(xiàng)被排除在外，為此師先生感到十分遺憾。他不甘心，1986年在西安的西北工業(yè)大學(xué)組織召開(kāi)了一次電池材料國(guó)際會(huì)議，雖然起到了一定的推動(dòng)作用，但仍然沒(méi)有打消心里的牽掛。

今天，清潔能源已經(jīng)成為世界各國(guó)開(kāi)發(fā)重點(diǎn)，我國(guó)科技部在“973”計(jì)劃和“863”計(jì)劃中都將鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展列為重點(diǎn)，師先生不無(wú)感慨地說(shuō)：如果在二十幾年前就給予足夠重視或列為專項(xiàng)，說(shuō)不定就有較大的成果出現(xiàn)，或許我們已經(jīng)走在世界前頭。經(jīng)過(guò)努力，中國(guó)的新能源和新能源材料產(chǎn)業(yè)趕上來(lái)了，鋰離子電池產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)發(fā)展，也站在了國(guó)際前沿，形成了中、日、韓三分天下的局面。當(dāng)他得知德方納米公司在技術(shù)上取得重大突破后，告誡我們一定不能滿足現(xiàn)狀，不能迷信國(guó)外和崇洋媚外，要珍惜自己的創(chuàng)新成果，走自己的路，創(chuàng)造出中國(guó)的名牌產(chǎn)品。

滿腔熱忱推動(dòng)并支持中小企業(yè)的創(chuàng)新活動(dòng)

鋰離子電池所用材料主要包括正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜以及導(dǎo)電劑、粘合劑等輔助材料。其中，正極材料在很大程度上決定了電池性能和價(jià)格，它的研發(fā)和競(jìng)爭(zhēng)首當(dāng)其沖。在國(guó)內(nèi)比亞迪公司等已能生產(chǎn)微米級(jí)磷酸鐵鋰正極材料后，美國(guó)A123公司又開(kāi)發(fā)出了性能優(yōu)于前者的納米級(jí)磷酸鐵鋰正極材料投放市場(chǎng)。與此同時(shí)，德方納米公司以孔令涌（深圳市2013年青年科技獎(jiǎng)獲得者）為首的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，以納米技術(shù)制備納米碳材料方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，突破了納米技術(shù)在鋰離子電池領(lǐng)域的應(yīng)用。該團(tuán)隊(duì)利用自熱蒸發(fā)液相合成方法，在納米磷酸鐵鋰正極材料制造技術(shù)上取得了重大突破。用這個(gè)正極材料制備的鋰離子動(dòng)力電池，經(jīng)國(guó)家相關(guān)權(quán)威部門測(cè)試表明，德方納米公司生產(chǎn)的納米磷酸鐵鋰正極材料在粒徑的均一性、批次穩(wěn)定性、導(dǎo)電性、所制成電池大功率充放電特性和超低溫（-40℃）充放電性能等方面均處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

2009年3月，師昌緒先生得知這個(gè)消息后，十分高興，立即寫信給時(shí)任科技部黨組書記、副部長(zhǎng)李學(xué)勇同志（科技部“863”計(jì)劃新材料專家組組長(zhǎng)徐堅(jiān)教授等3人曾專程到德方納米考察指導(dǎo)）。特別值得我們懷念的是，師昌緒、吳敬璉和陳清泰（后面二者分別是著名的經(jīng)濟(jì)學(xué)家和國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心研究員）3人聯(lián)手指導(dǎo)推動(dòng)德方納米公司納米磷酸鐵鋰正極材料產(chǎn)業(yè)化的故事。2009年6月初，師先生在與吳敬璉一道參加中華科技金融促進(jìn)會(huì)座談會(huì)期間，師先生即席發(fā)言中談到深圳德方納米公司所取得的重大技術(shù)突破，用以說(shuō)明民營(yíng)企業(yè)的活力。吳敬璉對(duì)此十分重視，并立即把德方納米公司情況介紹給正在從事動(dòng)力電池調(diào)研的陳清泰教授。同年6月24日師先生專程帶領(lǐng)我們前往國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心開(kāi)了一個(gè)匯報(bào)和研討會(huì)，就公司情況、納米磷酸鐵鋰制備技術(shù)的先進(jìn)性、性能和成本優(yōu)勢(shì)對(duì)比、專利和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)、產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)以及后續(xù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化資金等，與陳清泰教授等進(jìn)行了討論。在充分的調(diào)查研究基礎(chǔ)上，國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心“培育新一輪經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的產(chǎn)業(yè)支柱與建設(shè)經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)期發(fā)展體制環(huán)境”課題組起草了一份《關(guān)于加快動(dòng)力電池關(guān)鍵材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的建議》報(bào)告上報(bào)中央。分管相關(guān)工作的國(guó)務(wù)院副總理張德江和國(guó)務(wù)委員劉延?xùn)|，以及當(dāng)時(shí)廣東省委書記汪洋都做了批示并派員調(diào)查給予指導(dǎo)。師先生和吳敬璉、陳清泰的推動(dòng)安排，奠定了德方納米公司科技與金融資本相結(jié)合的發(fā)展模式，保障了產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。2010年10月，陳清泰教授和吳敬璉教授將德方納米公司推薦給佛山市政府。2011年11月，德方納米公司年產(chǎn)2000t規(guī)模的鋰電池電極材料生產(chǎn)基地在佛山市高明化工產(chǎn)業(yè)園正式落地運(yùn)轉(zhuǎn)。從這時(shí)開(kāi)始，中國(guó)產(chǎn)的高水平納米磷酸鐵鋰正極材料以及碳納米管導(dǎo)電液源源不斷地供向鋰電池市場(chǎng)。

題詞“創(chuàng)一流企業(yè)”寄予厚望

“創(chuàng)一流水平；創(chuàng)一流速度；創(chuàng)一流產(chǎn)品；創(chuàng)一流效益；創(chuàng)一流企業(yè)”，這是2010年1月師昌緒先生以92歲高齡考察深圳德方納米公司生產(chǎn)基地時(shí)即席祝德方納米公司再創(chuàng)輝煌的題詞。這個(gè)題詞飽含師昌緒先生提出的對(duì)一個(gè)高新技術(shù)企業(yè)取得成功發(fā)展的3個(gè)要素：水平、產(chǎn)品和效益的辯證關(guān)系的認(rèn)識(shí)。我們深刻理解他的用心，一直用它來(lái)規(guī)范企業(yè)運(yùn)營(yíng)。

目前制造電池的技術(shù)路線，主要是以使用的正極材料來(lái)劃分，有3種比較成熟的動(dòng)力電池路線，分別是磷酸鐵鋰（LFP）路線、錳酸鋰（LMP）路線和三元材料（NCM）路線。目前中國(guó)走的主要是磷酸鐵鋰路線，普遍認(rèn)為是三者中最難，其產(chǎn)業(yè)化難度貫穿原材料、工藝、設(shè)備、電池的生產(chǎn)等整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈。師昌緒先生認(rèn)為在眾說(shuō)紛紜、信心不足的情況下，你敢碰它，認(rèn)真研究它并把問(wèn)題解決了這就是你的水平！就像當(dāng)年中國(guó)科學(xué)院金屬研究所接鑄造空心渦輪葉片項(xiàng)目時(shí)一樣。事實(shí)上，我們看到了這個(gè)項(xiàng)目的難度，但也充分地認(rèn)識(shí)了自己在納米技術(shù)制備納米材料方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室、中試擴(kuò)大生產(chǎn)多少個(gè)日日夜夜，多少次用不同原料，不同設(shè)備組合，多少個(gè)必然和偶然結(jié)果的組合，“自熱蒸發(fā)液相合成納米磷酸鐵鋰技術(shù)”終于成功。2011年11月16日，由國(guó)家納米科學(xué)中心組織、以師昌緒和黃學(xué)杰為正副組長(zhǎng)的專家組對(duì)這一成果鑒定評(píng)價(jià)是：作為技術(shù)發(fā)明屬于國(guó)際領(lǐng)先水平。專家指出這是在世界上首次開(kāi)發(fā)自熱蒸發(fā)液相合成技術(shù)（不同于其他氣相沉積法等），能耗低，創(chuàng)新性的多種絡(luò)合劑和促進(jìn)劑的結(jié)合，將其一次顆粒粒徑控制在100nm左右；并且由于其表面形成高導(dǎo)電、非連續(xù)多層石墨烯結(jié)構(gòu)包覆層新技術(shù)，有效地提高了導(dǎo)電性能……一流的技術(shù)確保制造出一流的產(chǎn)品，2014年德方納米磷酸鐵鋰產(chǎn)品的銷售超過(guò)1 000t。

此外，師先生還高瞻遠(yuǎn)矚地提醒我們注意數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)。德方納米公司電極材料是多個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)和精細(xì)工藝控制過(guò)程的最終產(chǎn)物，過(guò)程控制是關(guān)鍵，它能夠保證原材料的使用、技術(shù)和生產(chǎn)工藝控制乃至產(chǎn)品性能控制達(dá)到極致。納米磷酸鐵鋰從開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化以來(lái)，我們就對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中各種工藝輸入和輸出建立了大量的過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)，在數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上不斷優(yōu)化工藝參數(shù)，使得我們的過(guò)程能力指數(shù)—CPK值已達(dá)到了1.33以上的水平。這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和使用，保證了德方納米公司納米磷酸鐵鋰的穩(wěn)定性、均一性和一致性，對(duì)用戶制造的電池的穩(wěn)定和一致性是最大的保障，保證了電動(dòng)汽車的安全運(yùn)行、穩(wěn)定和舒適。

納米技術(shù)應(yīng)用任重道遠(yuǎn)

2000年美國(guó)總統(tǒng)克林頓向美國(guó)國(guó)會(huì)提出了一個(gè)倡議，宣稱納米技術(shù)將導(dǎo)致下一代產(chǎn)業(yè)革命，引起了全世界范圍對(duì)納米技術(shù)的高度重視，國(guó)內(nèi)也掀起了一場(chǎng)“納米熱”。但是涉及到具體實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于納米技術(shù)小尺寸效應(yīng)和界面的無(wú)序性，存在很多的不確定工藝技術(shù)問(wèn)題。如碳納米管，普遍認(rèn)識(shí)到它在高技術(shù)領(lǐng)域中具有廣泛潛在的應(yīng)用前景，如適量添加到電極材料中來(lái)改善其導(dǎo)電性，可能是一個(gè)重要技術(shù)手段。顯然，添加工藝存在一定的技術(shù)難度。師昌緒先生在考察時(shí)就卓有見(jiàn)地指出“碳納米管能否得到應(yīng)用的關(guān)鍵在于分散，否則很難找到用途”。事實(shí)證明，2005年以來(lái)通過(guò)機(jī)械或化學(xué)分散技術(shù)把碳納米管均勻地分散于導(dǎo)電液中，已經(jīng)成為鋰電市場(chǎng)的一個(gè)重要產(chǎn)品。僅僅德方納米公司2014年就生產(chǎn)了30余噸多壁碳納米管制成碳納米管導(dǎo)電液，投放600多噸導(dǎo)電液到市場(chǎng)上。

實(shí)際上，納米技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，將納米技術(shù)應(yīng)用于鋰離子電池只是其中之一，德方納米公司要走的路還很長(zhǎng)，在此，我們將繼承師先生遺志，不斷努力為我國(guó)的新能源產(chǎn)業(yè)建設(shè)貢獻(xiàn)力量。